基于仿生蒲公英等温放大系统的无线细胞传感器及其对循环肿瘤细胞的超灵敏检测

循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cell，CTC）的检测工作在临床诊疗与科研探索中占据关键地位，具体可应用于肿瘤转移情况监测、治疗方案的制定与调整以及患者预后效果评估等场景。不过，由于 CTC 在外周血液中的含量极低，导致其富集操作存在较大难度。目前已有的 CTC 检测方法仍面临不少问题，比如检测灵敏度难以满足需求、实验操作流程繁琐，而且要实现高精度的 CTC 检测，往往需要依靠价格高昂的仪器设备与试剂，这在一定程度上限制了其广泛应用。

为进一步提升 CTC 检测的灵敏度，科研人员尝试将多种等温扩增技术融入检测体系。举例来说，将滚环扩增技术与表面增强拉曼散射技术、特异性核酸适体相结合，能够达成对 CTC 的超灵敏检测，同时还能实现 CTC 的无损回收。在各类技术中，动态 DNA 技术（像 DNAwalker）凭借其出色的可控性与功能多样性，展现出成为实现 CTC 高灵敏检测关键技术的潜力，并且这类技术在信号传输与信号放大研究领域也具有重要的科研意义。

然而，当前关于动态 DNA 技术的研究仍存在两个主要瓶颈：一方面，现有的 DNAwalker 大多依赖随机无序的运动轨道，这使得其步行动力学性能与运动连续性受到限制，而部分性能较好的 DNAwalker 又需要设计结构复杂的高度有序轨道，增加了研发难度；另一方面，现有 DNAwalker 在每次酶切反应过程中，通常只能释放一个或少量信号探针，信号放大的效率还有待进一步提高。

测流免疫测定（Lateral flow immunoassay，LFIA）作为一种常用的即时检测技术，拥有诸多突出优势。该技术操作简单便捷，无需操作人员接受专业培训，也不需要借助复杂的仪器；检测速度快，能够为疾病诊断节省宝贵时间；同时，它还具有成本效益高、在室温环境下稳定性好的特点，非常适合在资源有限的地区推广使用。若能将 LFIA 技术与先进的手持式检测仪器相结合，有望替代当前精准检测过程中所依赖的高价设备，大幅降低检测成本，进而推动 CTC 检测技术在基层医疗机构以及大规模人群筛查中的普及应用。

针对当前 CTC 检测中存在的灵敏度不足、操作复杂以及设备成本高昂等问题，本研究开发了一种高性能的无线细胞传感器平台（具体结构见示意图 1），该平台具有两大核心创新点：

其一，仿生蒲公英等温放大系统（Bionic Dandelion Isothermal Amplification System，BDIAS）。该系统由仿生蒲公英纳米颗粒（Biomimetic Dandelion Nanoparticle，BDNP）和六足 DNAwalker 共同构成。其中，BDNP 以 AuFe Janus 纳米颗粒（AuFe JNPs）为基础，与蒲公英种子状 DNA 大分子共同组装而成。AuFe JNPs 所具备的非对称 Janus 结构，使其拥有较大的比表面积，这一特性显著提高了荧光信号探针（Fluorescence Signal Probe，FSP）的负载效率。而六足 DNAwalker 不仅在每次酶促切割反应中能够高效释放大量 FSP，而且在步行动力学性能与运动连续性方面，相较于传统 DNAwalker 设计有了明显提升。

其二，无线 LFIA 试纸分析仪。该分析仪整合了 XYZ 真彩光学传感器与蓝牙 5.1 系统芯片，能够精准分析试纸条检测线上的荧光强度，并在 1 秒内将检测信号传输至智能手机，方便操作人员读取检测结果。

实验结果表明，本研究研发的无线细胞传感器平台在 5~1000 cells/mL 的浓度范围内，能够准确检测 MCF-7 细胞，其最低检测限可达到 1.58 cells/mL，并且在实际应用过程中展现出良好的稳定性。总体来看，该无线细胞传感器平台为 CTC 检测提供了一种灵敏度高、操作便捷且成本较低的解决方案，有效促进了 CTC 检测技术从实验室研究阶段向临床实际应用阶段的转化。

文献链接

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c03586

来源：生物传感器